固态电池是一种使用固体电极和固体电解液的电池。相比液态电池,具有能量密度高、体积小、更安全的特性,在快充、高电压耐受和循环寿命方面也都被看好,在动力电池领域受到很高的关注,也是未来电池技术的发展方向之一。
目前固态电池面对的主要技术挑战是成本高及低温操作性不佳的问题。各电动汽车生产企业和电池大厂都在加大力度开展固态电池的开发和量产,如本次报告所介绍的日产、丰田两大公司以及宁德时代、国轩高科等龙头企业。在科学研究方面美国马里兰大学的王春生教授、中科院上海硅酸盐研究所的温兆银研究员都获得了非常好的科研进展。
2020年我国动力电池累计退役量约20万吨,预计到2027年将达240万吨左右,爆发的电池退役量既是巨大商机也是严峻挑战。退役电池的回收主要包括reuse和recycle两种方式。 在reuse方面,电动汽车对其装配的动力电池性能要求比较特殊,当车身装配电池总容量衰减至出厂容量80%以下时,将很难满足车辆的动力需求,但剩余的动力仍能满足其他低性能要求的应用领域。以磷酸铁锂电池为例,当电池容量降至80%以下但仍高于60%时,仍可以在检测、再加工后,应用于电力系统储能装置、通信基站备用电源、小型分布式家庭储能等场景。这方面的发展依赖于非侵入式电池衰减形式确定和二次寿命衰减轨迹预测等。退役电池的梯次利用项目也在试验阶段。 在recycle方面,废旧电池内含有大量有价金属,将废旧电池进行回收提炼其中的有价金属再利用,既能减少环境污染,又能降低锂、钴、镍等战略性金属资源浪费,优化资源配置。为此,工信部等七部委制定了《新能源汽车动力蓄电池回收利用管理暂行办法》,明确汽车生产企业是动力蓄电池回收的主体。随着电池质量与制造技术的提升,加上电池相关责任主体的明确,相信电动汽车在节能环保方面将发挥更大的作用。 磷酸铁锂电池与三元锂电池都是常见的动力电池种类。磷酸铁锂电池原料价格低,循环寿命长,在高温与高热环境下的稳定性好;三元锂电池最大的优越性是能量密度高,低温性能好,但因含有钴、镍等有价金属,原材料进口依赖度高,电池成本高,其循环寿命和高温安全性方面不如磷酸铁锂电池。 对动力电池的性能考察主要是从安全性、续航里程、使用寿命和超低温性能等方面进行综合评价,比亚迪汽车长期以磷酸铁锂为电池主要类型,安全性能高是其特色。特斯拉汽车选用三元锂电池,续航力的优势明显。最近,比亚迪汽车正在选用三元锂电池,特斯拉也有几种车型选配磷酸铁锂电池,二种电池性能的综合评价逐步接近。用户根据各自的需求情况,在成本、性能与安全之间进行取舍。 围绕能源结构转型,中石化、中石油、中化国际等为代表的我国石油化工巨头纷纷布局新能源汽车、锂离子电池、燃料电池等相关产业。关联性方面主要体现在以下几方面: 1.动力电池本身可以作为一种储能装置为关键设备和设施提供可移动的电能,以起到提供合闸电流、电力调峰等作用; 2.动力电池的关键材料主要来源于化工行业,如高性能电极、电解液、隔膜材料的研发,清洁化生产及工艺提升,轻量化电池封装材料生产研发等; 3.退役电池回收后拆解提炼其中的有价金属材料进行回收利用是石化行业今后重要的发展方向; 4.石化行业在氢燃料电池的制氢、储氢、运氢及加氢站的建设等方面也发挥关键的作用。